2.2.1. Природне середовище

Навколишнє природне середовище в ширшому розумінні — космічний простір, а у вужчому — біосфера, зовнішня оболонка Землі, яка охоплює частину атмосфери, гідросферу і верхню частину літо­сфери, що взаємозв'язані складними біогеохімічними циклами міграції речовин і енергії.

Земля — одна з планет Сонячної системи, найбільша з планет земної групи (Меркурій, Венера, Марс, Земля), середній радіус — 6371 км, відстань до Сонця — 150 млн км, маса Землі становить 1/330000 маси Сонця.

Сонце — це найголовніша зірка Сонячної системи, температура по­верхні близько 6000 °С. Земля отримує всього одну двомільярдну час­тину сонячного випромінювання. Цього досить, щоб обігріти Землю та постачати необхідною енергією весь рослинний та тваринний світ.

• Атмосфера — це газова оболонка Землі, яка обертається разом з нею.

Дуже своєрідні кліматичні умови в атмосфері. Атмосфера поділяється на шари, в яких з висотою змінюється температура. На висоті 8-10 км темпе­ратура становить 40-50°С нижче нуля, а на висоті біля 60-70 км знаходить­ся повітряний шар з досить помірною температурою, близькою до 0°С. Причи­ни виникнення цього теплого шару атмосфери пояснюються явищем абсорбції (поглинання) молекулами озону і кисню ультрафіолетового випромінювання Сонця.

Саме тут проходить озоновий захист життя Землі від жорсткого для всього живого випромінювання Сонця. Енергія радіації, що абсорбується, перетворюєть­ся у теплову енергію газових молекул. Сонячна радіація, яка проходить до зем­ної поверхні, має зовсім безпечні границі, а всі ультрафіолетові промені з мен­шою довжиною хвилі в в’язнуть у цьому невидимому, легкому, але непроникному шарі повітряного океану.

З віддаленням від Землі змінюється не тільки густина повітря, а й його склад. Склад повітря залишається порівняно постійним на висотах до 100 км. До складу атмосфери входять азот — 78,08%, кисень — 20,95% і аргон — 0,93%. На частку вуглекислого газу, неону, гелію і всіх інших газів, які присутні у повітрі в мікрокількості, припадає лише трохи більше 0,04%.

У придонних шарах атмосфери, особливо в містах, склад повітря змінюється. Важливою змінною складової атмосфери є вуглекислий газ. Ще 100 років тому вміст вуглекислого газу в повітрі був 0,0298%, а тепер — 0,0318%, а в містах ще вищий. Цікаво, що акселерацію — прискорений і посилений ріст дітей, особливо в містах, — деякі вчені пояснюють підвищеним вмістом вуглекислого газу в повітрі. Навіть незначне збільшення вмісту вуглекислого газу в повітрі значно посилює дихальний процес, починається швидкий ріст грудної клітини і відпо­відно всього організму.

Приблизно до висоти 400-600 км зберігається переважно киснево-азотний склад атмосфери. Істотна зміна складу повітря спостерігається лише з висоти близько 600 км. Тут починає переважати гелій. «Гелієва корона Землі», як на­звав гелієвий пояс В. 1. Вернадський, простягається приблизно до висоти 1600 км від поверхні Землі, а далі вище 2-3 тис.км переважає водень. Так поступово газова оболонка Землі перетворюється у міжзоряний газ, який складається на 76% (за масою) з водню і на 23% з гелію.

Цікаво, що наша земна атмосфера за складом різко відрізняється від атмо­сфер інших планет Сонячної системи. Наші близькі сусіди — Венера і Марс — мають в основному вуглекислу атмосферу, а дальні — Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун — оточені гелієво-водневою атмосферою, порівняно багато в їхніх атмо­сферах і метану.

За характером зміни різних параметрів атмосферу Землі розділяють на такі шари: тропосфера (9-18 км), стратосфера (50-55 км), мезосфера (80-90 км), термосфера (вище 90 км до 800-1000 км) і екзосфера (вище 800-1000 км).

За складом повітря виділяють також озоносферу, яка приблизно збігається зі стратосферою і має максимальну концентрацію озону на висотах 20-25 км. Основна маса озону сконцентрована на висотах 10-15 км, але озон присутній також у приземному шарі повітря (де він відіграє важливу роль у фотохімічних перетвореннях продуктів антропогенних забруднень атмосфери) і на висотах 50-80км, де відбуваються основні процеси природного утворення і руйнування озону.

• Атмосферне повітря — один з найважливіших природних ре­сурсів, без якого життя на Землі було б абсолютно неможливим. Атмо­сферний кисень О₂, необхідний для дихання людей, тварин, переваж­ної більшості рослин і мікроорганізмів. Організму людини і тварин необхідний постійний притік кисню. Основне джерело утворення кис­ню — це фотосинтез зелених рослин. Підраховано, що рослини за рік виділяють в атмосферу близько 70 млрд т кисню. Близько 80% всього кисню в атмосферу постачає морський фітопланктон, 20% виробляє наземна рослинність.

• Вуглекислий газ — обов'язковий компонент фотосинтезу рослин.

Він надходить в атмосферу внаслідок виверження вулканів, розпаду органіч­них речовин, дихання живих організмів, виділення з поверхні теплих океанів, а витрачається атмосферою на фотосинтез рослин, розчинення в холодній воді океанів, перетворення силікатів вивітрюваних гірських порід у карбонати. Рослини за рік поглинають близько 100 млрд т оксиду вуглецю, тобто близько 6% всього наявного вмісту його в атмосфері. Важливим фактором стабілізації вмісту оксиду вуглецю є світовий океан, у водах якого розчинено принаймні в сто разів більше оксиду вуглецю, ніж його є у всій атмосфері.

З основних компонентів атмосфери найбільше змінюється вміст у повітрі водяної пари. Вміст водяної пари в атмосфері визначається і співвідношенням процесів випарювання, конденсації і горизонтального перенесення.

• Водяна пара — це джерело у творення хмар, туманів, опадів. Наявні її атмосфері водяна пара і діоксид вуглецю захищають земну поверхню під надмірного охолодження, створюючи так званий парниковий ефект: якби не було атмосфери, то середня температура поверхні земної кулі була б не +15, а -23 °С.

Атмосфера регулює теплообмін Землі з космічним простором, впли­ває на її радіаційний та водяний баланс. Одним з найважливіших фак­торів, що визначають стан атмосфери, є її взаємодія з океаном, процеси газообміну і теплообміну між ними суттєво впливають на клімат Землі.

Клімат — це багаторічний режим погоди, властивий тій чи іншій місцевості. Кліматичні умови Землі створюються внаслідок взаємопов'язаних процесів теплообмі­ну, вологообміну і загальної циркуляції атмосфери. Клімат характеризується середніми показниками світла, температури, вологості повітря, рівнем опадів, рівнем радіації, атмосферного тиску, напрямками вітрів тощо.

Вологість визначається місцем на Землі і кліматичними умовами та зале­жить від пори року та доби. Вологість повітря суттєво впливає на теплообмін організму з навколишнім середовищем, має велике значення для життєдіяльності людини. За низької температури і високої вологості повітря підвищується теп­ловіддача і людина зазнає охолодження; при високій температурі і високій воло­гості повітря тепловіддача різко скорочується, що призводить до перегріву орга­нізму, особливо при виконанні фізичної роботи. Висока температура краще переноситься, якщо вологість понижена. Найбільш сприятливою для людини є відносна вологість повітря 40-60%.

Освітленість від природних джерел світла змінюється в широких межах за­лежно від пори доби і року, стану атмосфери.

Фоновий рівень радіації утворюється за рахунок сонячної радіації та іонізую­чого випромінювання природних радіоактивних речовин. Рівень сонячної радіації визначається кількістю сонячних днів і активністю Сонця.

Життєдіяльність організму людини як складової біологічної системи протікає в певних межах, установлених природою. Умови обстановки у навколишньому середо­вищі в межах природних змін його параметрів називаються нормальними умовами.

Стан атмосфери в даному місці в певний момент або за обмежений про­міжок часу характеризує погоду. «Живучи в погоді», людина відчуває вплив на організм гігантських космічних та планетарних сил.

Великий вплив на погоду та життєдіяльність людини мають проце­си, які відбуваються на Сонці. Виплески сонячної активності розігріва­ють зовнішні шари атмосфери Землі, змінюють їх густину і хімічний склад, могутні потоки заряджених частинок і випромінювань проника­ють в атмосферу, «переколочують» всю повітряну оболонку. Від цього змінюється і сама погода, і реакція на її зміни в організмі людини.

• Гідросфера (грец. hydro — вода, sphaira — куля) — це водяна обо­лонка Землі. До надземної частини гідросфери, що вкриває 70% по­верхні земної кулі, належать океани, моря, озера, ріки, а також льодовики, в яких вода перебуває у твердому стані. Основна частина води (понад 80%) перебуває у глибинних зонах Землі — в її мантії. Підземна частина гідросфери охоплює грунтові, підґрунтові, напірні й безнапірні води, тріщинні води і води карстових порожнин у легкорозчинних гірських породах (вапняках, гіпсах тощо).

Усі форми водних мас переходять одна в одну у про­цесі перетворення. Вода у біосфері перебуває у безпе­рервному русі, бере участь у геологічному та біологіч­ному кругообігах речовин.

Вода є основою існування життя на Землі. Для величезної кількості живих організмів, особливо на ранніх етапах розвитку біосфери, вода була середовищем зародження та розвитку.

Без води неможливий фотосинтез, який відбувається в зелених рослинах і лежить в основі біологічного кругообігу речовин на нашій планеті. Вода — своєрідний мінерал, який забезпечує існування живих організмів на Землі. Живі організми на 60-98% складаються з води, і всі їхні життєві функ­ціональні процеси пов 'язані з водою. Обмін речовин в організмах можливий лише за наявності води, бо майже всі хімічні, колоїдно-хімічні та фізіологічні процеси відбуваються у водних розчинах органічних та неорганічних речовин або за обов 'язкової участі в них води. Процеси травлення і засвоєння їжі у травному ка­налі та синтез живої речовини в клітинах організмів відбуваються виключно у рідкому середовищі. Втрата організмом лише 10-20% води веде до його загибелі.

Без води людина може прожити не більше п 'яти діб.

Без води не може існувати й людська цивілізація, бо вода використо­вується людьми не лише для пиття, а й для забезпечення своїх санітар­но-гігієнічних та господарсько-побутопих потреб. Вода використовується у промисловості, побуті, сільському господарстні як джерело енергії.

Багато джерел і водоймищ мають лікувальне призначення.

Але для більшості людських потреб придатна не будь-яка вода, а прісна — з вмістом мінеральних солей до 1 г/л. Незважаючи на величезні обсяги гідросфери (16 млрд м³ води), прісні води становлять менше 3% її об'єму. Доступною для використання є лише невелика частка прісних вод, що зосереджена у прісновод­них озерах, водосховищах, річках та підземних водоносних горизонтах.

Забезпеченість річковою водою України дуже мала. Цей дефіцит річкової води доводиться надолужувати використанням підземних вод, яких у нашій країні чималий запас. Головним джерелом річкової води в Україні є Дніпро, а також Дністер, Південний Буг, Тиса, Прут, малі річки (їх налічується понад 63000).

Не всяка прісна вода може використовуватись людьми. До якості води висуваються певні вимоги залежно від галузей її використання. Найбільш жорсткими є вимоги до якості питної води та води у водой­мищах, що використовуються для розведення риби. Вода повинна відпо­відати санітарним вимогам — гранично допустимим нормам (ГДН) вмісту тих чи інших компонентів, що забезпечують склад і властивості води.

Така вода повинна бути безпечною щодо бактеріального складу, не­шкідливою за вмістом і складом розчинених хімічних речовин. В основі гігієнічного нормування якості питної води лежить відповідність її сан­ітарним нормам безпеки в епідеміологічному, патофізіологічному і ток­сикологічному відношеннях, а також — естетичним вимогам (нормаль­ної реакції людини). Якщо джерела водопостачання не відповідають нормам, їх заздалегідь очищують від бактерій, позбувають зважених часток. Проте є такі забруднення, які усунути неможливо, тому така вода для використання непридатна.

Показники хімічного складу води визначаються нормами вмісту - гранично допустимими концентраціями (ГДК) ре­човин, які з'явилися у природній воді внаслідок промисло­вого, сільськогосподарського і комунально-побутового за­бруднення. ГДК обмежують загальну мінералізацію води, вміст хімічних речовин, загальну жорсткість і рН.

Наша планета Земля є стиснутою з полюсів кулею — геоїдом. Будова Землі неоднорідна. Вона складається з трьох оболонок — земної кори, мантії та ядра, де різко змінюються швидкості пружних сейсмічних хвиль, викликаних землетрусами або штучними вибухами.

Товща земної кори під ложем океану досягає 5-12 км, у рівнинних регіонах — 30-40 км, а під горами — 50- 70 км. Мантія Землі простягається нижче земної кори до глибини 2950км від поверхні, ядро Землі — до її центру, тобто глибини 6371 км. Відповідно з глибиною зростає тиск і щільність гірських порід, підвищується їх температура. Вважають, що температура ядра Землі не перевищує 5000 °С. Джерела внутрішньої теплової енергії Землі ще недостатньо з 'ясовані. Головними з них вважають радіаційний розпад елементів та перерозподіл матеріалу за щільністю в мантії, який супроводжується виділенням значної кількості тепла.

Зовнішня тверда оболонка Землі, яка включає земну кору з части­ною верхньої мантії Землі і складається з осадових, вивержених і метаморфічних порід, називається літосферою.

Товщина літосфери на континентах і під океанами різниться і становить в середньому відповідно 25-200 і 5-100 км. Переважна частина земної поверхні — це рівнини континентів і океанічного дна. Основна частина літосфери складається

з вивержених магматичних порід (95%), серед яких на континентах переважа­ють граніти, а в океані — базальти.

Літосфера є середовищем усіх мінеральних ресурсів, одним з основ­них суб'єктів антропогенної діяльності людини. У верхній частині кон­тинентальної земної кори розвинені ґрунти, значення яких для людини важко переоцінити.

Ґрунт - органічно-мінеральний продукт багаторічної (сотні та тисяч років) спільної діяльності живих організмів, води, повітря, сонячного тепла та світла — є одним з найважливіших природних ресурсів. Залежно від кліматичних і геолого-географічних умов ґрун­ти мають товщину від 15-25 см до 2-3 м.

Ґрунти виникли разом із живою речовиною і розвивалися під впливом діяль­ності рослин, тварин і мікроорганізмів, доки не стали дуже цінним для людини родючим субстрактом. Сучасні Грунти складаються із суміші мінеральних час­ток (продукти руйнування гірських порід) та органічних речовин (продукти жит­тєдіяльності біоти та мікроорганізми і гриби). Ґрунти відіграють величезну роль у кругообігу води, речовин і вуглекислого газу. Ґрунти мають велике значення для життя. Без Грунту не можливе життя рослин і тварин на суші. Він є джерелом мінеральних, органічних і органічно-мінеральних речовин і унікальною лаборато­рією, в якій відбуваються процеси розкладу та синтезу органічних речовин, а також фотохімічні процеси. Ґрунт є основним джерелом отримання продуктів харчування людей. Він впливає на формування здоров 'я людини, є основним фак­тором, що формує геохімічні процеси, від яких залежить хімічний комплекс орга­нізму людини. Ґрунт є також джерелом мінеральних речовин необхідних для цик­лу обміну речовин, для росту рослин, які вживають люди, і тварин.

З різними породами земної кори, як і з її тектонічними структурами, пов'я­зані різні корисні копалини: горючі, металічні, будівельні, а також такі, які є сировиною для хімічної та харчової промисловості.

У межах літосфери періодично відбуваються сучасні фізико-геогра­фічні процеси (зсуви, селі, обвали, ерозія), які мають величезне значен­ня для формування екологічних ситуацій у різних регіонах планети.